Come hackerare un sensore di temperatura per una maggiore durata della batteria: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

L'Inkbird IBS-TH1 è un ottimo dispositivo per registrare la temperatura e l'umidità in poche ore o giorni. Può essere impostato per registrare ogni secondo fino a ogni 10 minuti e riporta i dati tramite Bluetooth LE a uno smartphone Android o iOS. L'app è molto solida, anche se mancano una o due funzionalità più avanzate che mi piacerebbe vedere. Sfortunatamente, il problema più grande con questo sensore è che la durata della batteria è MOLTO scarsa anche con quell'intervallo di campionamento massimo di 10 minuti.

Ecco, voglio guidarti attraverso il mio processo di pensiero su come fare qualcosa al riguardo!

Questo è un tutorial piuttosto semplice che descrive in dettaglio il processo di pensiero attorno a una semplice modifica elettrica. È piuttosto semplice, ma entra nei dettagli sulle specifiche della batteria se non l'hai mai visto prima.

Forniture

Il bit più importante/unico obbligatorio:

Inkbird IBS-TH1

Altre cose che probabilmente finirò per usare:

• Batteria di ricambio adatta
• stampante 3d
• Nastro di rame conduttivo
• Batteria 2032 scarica

Passaggio 1: pianificazione

Ok, allora qual è il problema? La durata della batteria è pessima. Cosa potremmo fare al riguardo?

Idea 1: usa meno energia

In un mondo perfetto, ci sarebbe un'impostazione o qualcosa che possiamo cambiare semplicemente per usare meno energia e funzionare più a lungo. Sappiamo di avere il controllo sull'intervallo di campionamento del sensore, ma sfortunatamente non sembra fare molta differenza. Il sensore probabilmente si attiva troppo frequentemente per inviare un pacchetto pubblicitario BLE collegabile in modo che l'app del telefono sembri avere una buona reattività. Il firmware probabilmente non è molto intelligente su come viene gestita l'alimentazione attorno a questa attività.

Potremmo dare un'occhiata al firmware per vedere se questo potrebbe essere migliorato, ma ovviamente si tratta di un prodotto closed source. Potremmo forse scrivere il nostro firmware e l'app complementare, il che sarebbe bello e probabilmente sarebbe ragionevole per alcuni casi d'uso, ma è troppo lavoro per me. E non c'è ancora alcuna garanzia che possiamo farlo: il processore potrebbe essere protetto da lettura/scrittura, programmabile una volta sola, ecc.

Idea 2: punta su una batteria più grande

Questo è il mio piano A qui. Se la cosa dura non abbastanza a lungo per i miei gusti su una pila a bottone, lanciandoci una batteria più grande dovrebbe farla durare per sempre.

Quindi la domanda ora è: quali opzioni di batteria abbiamo, sia dal punto di vista fisico che elettrico?

In questo caso, voglio esplorare completamente le opzioni. Questo significa

1. le possibilità dell'elenco determinano la tensione della batteria più bassa possibile quando è prossima alla scarica
2. determinare la massima tensione possibile della batteria quando è fresca
3. verificare che l'hardware che vogliamo alimentare funzioni in quell'intervallo in modo sicuro
4. squalificare le possibilità su questa base

Dovremo guardare le schede tecniche per ogni opzione di batteria, trovare la curva di scarica pertinente e selezionare sia il valore massimo che il sensore vedrà quando è fresco, sia il valore minimo che vedrà quando le batterie sono "scaricate", che è un punto arbitrario che possiamo prelevare dalla curva. Poiché questo è un sensore a bassa potenza e probabilmente consumerà microampere, possiamo semplicemente scegliere la curva più favorevole in qualsiasi scheda tecnica (cioè la curva con il carico di prova più basso).

2x AA alcalini (o AAA): questa sembra un'opzione di sostituzione di base ideale, poiché gli AA funzionano a 1,5 V e 2x1,5 = 3. La scheda tecnica Energizer E91 (https://data.energizer.com/pdfs/e91.pdf) ci mostra che la nuova tensione a circuito aperto è 1,5 e la tensione più bassa che ci aspetteremmo di vedere dopo aver esaurito >90% dell'energia disponibile è 0,8 V. Se tagliassimo a 1.1, probabilmente andrebbe bene anche questo. Questo ci dà un intervallo di tensione da 2,2 V a 3 V per una vita normale o da 1,6 V a 3 V per una vita piena.

2x NiMH AA (o AAA): gli AA NiMH sono altamente disponibili E ricaricabili, quindi è l'ideale. Una curva di scarica eneloop casuale che sto osservando dice un circuito aperto da 1,45 V, a 1,15 V completamente morto, o 1,2 V se vogliamo essere un po' più rilassati. Quindi dirò che la gamma qui è di circa 2,4 V a 2,9 V

Lithium Polymer 1S Pack: In un mondo perfetto, lancerei un altro litio per risolvere il problema. Ho un mucchio di celle e alcuni caricabatterie adatti. E il litio significa che anche l'indicatore della durata della batteria sarà corretto, giusto? Non così in fretta. Le celle primarie al litio utilizzano una chimica diversa rispetto alle batterie ricaricabili e hanno anche una curva di scarica diversa. I LiPo sono 3,7 V nominali, ma oscillano davvero tra qualcosa come un circuito aperto fresco di 4,2 V, a 3,6 V rispettabilmente morti. Quindi chiameremo la gamma qui 3.6V-4.2V

Passaggio 2: entrare

Potrebbe effettivamente essere il caso per una mod come questa che alla fine non abbiamo bisogno di andare oltre l'apertura dello sportello della batteria. Sappiamo che la CR2032 usata in commercio è una batteria da 3 V, quindi qualsiasi altra batteria da 3 V dovrebbe andare bene. Forse la logica dell'indicatore di livello del carburante si rompe e l'indicazione della durata della batteria % diventa falsa, ma probabilmente non avrà alcun impatto sulle prestazioni.

In questo caso, abbiamo un sacco di opzioni da controllare, il che significa che dovremo vedere quale hardware stiamo cercando di alimentare e se è compatibile, quindi dovremo entrare.

Guardando il retro del sensore con il coperchio della batteria rimosso, possiamo vedere una fessura nella plastica, quindi il supporto della batteria è probabilmente un inserto che si aggancia al guscio attorno ad esso. Abbastanza sicuro, se infiliamo un cacciavite a lama piatta nello spazio e facciamo leva, il pezzo salta fuori. Ho indicato con le frecce dove si trovano gli snap: se fai leva in questi punti, è meno probabile che scatti la plastica dove l'inserto è debole.

Con la scheda fuori, possiamo esaminare i componenti principali e determinare la compatibilità di tensione.

A prima vista, non sembra che ci sia alcuna regolazione a bordo: tutto funziona direttamente dalla tensione della batteria. Per i componenti principali, vediamo:

• Microcontrollore CC2450 BLE
• Sensore di temperatura/umidità HTU21D
• SPI Flash

Dalla scheda tecnica CC2450: 2-3,6 V, 3,9 V assoluti max

Dalla scheda tecnica HTU21D: 1,5-3,6 V max

Non mi sono preoccupato di guardare il flash SPI poiché già questo limita sostanzialmente le nostre opzioni. Immediatamente, la cella LiPo è fuori - 4,2 V a piena carica friggeranno entrambi questi componenti e 3,7 nominali sono comunque troppi per il sensore di umidità. D'altra parte, gli AA alcalini funzioneranno bene, con un'interruzione di 2 V sul CC2450, il che significa che il sensore muore senza che sia rimasta troppa vita nelle celle. Inoltre, gli AA NiMH funzionano idealmente, con il sensore che si spegne solo una volta che sono davvero morti come un chiodo.

Passaggio 3: creazione della mod

Ora che sappiamo quali sono le nostre opzioni e, cosa più importante, cosa non sono, possiamo effettivamente realizzare la mod.

Vorrei attenermi alla massima riutilizzabilità. In un mondo perfetto, realizzeremmo un intero alloggiamento della batteria su cui si inserisce il sensore. Per ora andremo un po' più semplici.

La mia idea per la minima invasività e la massima facilità di esecuzione è quella di utilizzare un CR2032 morto come un manichino per tenere i cavi + e - sui contatti esistenti.

Ho usato del nastro di rame per realizzare i contatti, saldati a un supporto AA separato. Nota: utilizzare nastro isolante tra il rame e la batteria. Anche se la pila a bottone è morta, un cortocircuito può comunque portare a perdite e corrosione. Anche se stai usando nastro di rame con isolamento non conduttivo, potresti comunque finire con un cortocircuito che ho scoperto essere il caso quando la mia batteria ha iniziato a scaldarsi (una batteria ESAURITA, attenzione). Ho usato il nastro kapton, che è l'ideale per questo compito.

Per tenere tutto a posto, farò solo un piccolo foro nel coperchio della batteria originale e passerò i fili della batteria attraverso quello al supporto esterno. Ho usato un foro più grande di quanto originariamente previsto, poiché il cappuccio deve ruotare leggermente per bloccarsi in posizione.

A proposito, ho solo un portabatterie 3xAAA a portata di mano, quando quello di cui ho bisogno è un 2x. L'ho trasformato in un 2x aggiungendo un ponticello saldato tra l'estremità lontana delle prime due batterie - guarda la parte inferiore dell'ultima foto incluso il supporto della batteria. Non lo consiglio perché è molto difficile saldare al metallo sul supporto della batteria senza fonderlo, ma sono riuscito a farlo funzionare.

Passaggio 4: finito

Pronto per misurare l'umidità nell'armadio!